행복만땅 개발자

다양한 문제점 불구 VoIP 기반 BcN 상용화 눈앞
통신사업자·장비업체·연구기관 활성화 도모 … 보안·QoS·확장성 등 대응책 마련 시급

연·재·순·서
1. PSTN에서 VoIP로
2. VoIP 기술 ① : 프로토콜

이종석
케이티인포텍 신사업기획단 상무
jslee@kti.co.kr

현재 우리나라의 네트워크는 광대역통합망(BcN)과 3.5세대 이동통신 시스템을 이용해 세계 정보통신 환경을 선도하고 있다. 이렇듯 차세대 네트워크의 특징은 모든 시스템이 IP를 기반으로 하는 올(All) IP 환경으로 진화하는 것이며, 실시간 통신방식의 가장 주목받는 서비스가 바로 VoIP(Voice over IP) 서비스다. 앞으로는 모든 이들이 각기 다른 기술들을 활용해 무선으로 인터넷에 연결되기 시작할 전망이다. <편집자>



VoIP 서비스로 인해 전화통화는 소프트웨어 애플리케이션에서 이용되는 서비스로 차츰 인식이 전환될 것이다. 전용 PSTN(Public Switched Telephone Network)이 필요하지 않게 되는 환경이 BcN 환경이다. 모든 음성통신이 VoIP로 이뤄지게 되면 현재 인터넷을 이용하는 것과 같은 과금 체계가 성립되고, 이에 따른 여러 부가 서비스 또한 덧붙여지게 될 것이다.
그러나 아직까지 VoIP 자체가 해결해야 될 문제점도 있다. 그 중 보안을 비롯한 여러 가지 문제들은 아직까지 VoIP 서비스가 대중에게 보다 친근하게 다가서지 못하는 원인이며, 예상보다 늦게 시장이 성숙되는 이유이기도 하다.

보안·QoS 상관관계
VoIP 시스템의 보안성보다 더 중요한 요구사항 중 하나는 서비스품질(QoS)이다. 하지만 보안과 품질이라는 두 가지 요구사항을 모두 만족시키는 것은 시소게임과 같다. VoIP는 사람과 사람간의 실시간 통신이고, 통신데이터는 작은 패킷들로 쪼개져 전송된다. 보안성을 높이려는 목적으로 방화벽을 통과시키거나 암호화/복호화를 수행하는 것은 패킷의 지연시간(delay, latency), 지연 편차(Jitter), 패킷손실(loss) 등을 야기시켜 서비스의 품질에 치명적인 영향을 미친다. 보안성을 높이고자 하는 방화벽, 침입탐지솔루션, VPN 등 모든 보안장치들이 영향을 준다.
VoIP 시스템에서 단방향으로 음성 패킷의 전송 시 음성 품질에 영향을 미치지 않는 최대 지연시간은 약 150m/s로 알려져 있다. 음성데이터를 디지털화하는 인코딩 시간은 약 1~30m/s가 필요하다. 그리고 음성데이터를 인터넷을 통해 전송하는 시간은 지역마다 다르다. 이때 실제의 물리적인 거리도 중요하지만 몇 개의 라우터 홉을 경유하느냐가 중요한 요소다.
실제 인터넷 라인의 서울과 각 국내지역, 해외지역간의 왕복시간(round trip time)을 측정하면 국내에서는 평균 10m/s 미만의 단방향 전송 지연이 발생한다. 하지만 해외, 특히 미국의 경우 단방향 전송지연시간의 최소 100m/s를 필요로 한다. 즉, 국내에서 VoIP 전화통화를 위해 보안 기능(패킷필터링 및 암/복호화)에 사용될 수 있는 여유시간은 약 100m/s라고 할 수 있다. 반면 국제간 통화나, 미국내 장거리 VoIP 전화를 위해 보안이나 큐잉(queuing) 기능에 할당 가능한 시간은 약 20~50m/s가 된다.
단, 이 수치는 패킷손실과 지연 편차의 영향을 전혀 고려하지 않은 수치로 이에 대한 고려는 별도로 필요하다. 최근에는 G.729A의 표준 코덱을 향상시킨 iLBC(internet Low Bit-rate Codec)와 같은 인코딩 알고리즘을 개발해 인코딩 시간을 줄이고, 패킷 손실을 견실하게(robust) 만들어 품질을 높이려는 시도가 이뤄지고 있다. 큐잉 방법 등을 사용해 지연 편차의 영향을 줄여나가고 있으나, 기본적인 전송 지연시간을 줄이는 데는 아직 한계가 있다.
한편, VoIP보안 장비에서는 패킷의 지연시간을 30~50m/s 이하로 줄이고, 패킷의 손실을 최소하는 것이 필수사항이다. 만약 VoIP 트래픽을 통과하는 VoIP 보안 장비나 네트워크 보안 장비가 있다면, VoIP 패킷에 대한 품질에 대한 영향을 중요하게 짚어봐야 한다.
소프트 스위치 확장성
확장성에 대한 요구는 네트워크의 발전 형태에 따라 크게 달라진다. 일반적으로 클래스 5급 교환기에서 제공되는 1만∼5만 가입자를 지원해야 하며, 트렁킹에 대한 확장성 요구 사항은 탠덤(중계국)을 대체한다. 또한 도메인 간의 확장성 요구는 단일 네트워크의 크기에 좌우된다. 현재의 소프트스위치는 상용화된 플랫폼(HP, 썬, 모토로라 등)을 사용해 소프트웨어를 개발하고 있으며, 확장성을 증대시키기 위해 더 나은 제품으로의 성능개발이 요구되는 상황이다.

미디어 게이트웨이
미디어 게이트웨이는 트렁킹 게이트웨이, 액세스 게이트웨이, 프리마이즈 게이트웨이(Premise gateway)로 구분할 수 있다. 이들 게이트웨이와의 통신·제어를 위해서는 많은 프로토콜이 필요한데, 이러한 프로토콜들은 현재 개발 중에 있다.
VoIP의 강점인 개방형 구조 관점에서 볼 때, 이렇게 다양한 프로토콜들은 네트워크를 점점 더 복잡하게 만들고, 장점을 살리는데 있어 제약을 준다. 또한 표준화되지 않거나 표준화중인 프로토콜의 채택은 통신업체에 있어 네트워크 진화에 어려움을 가져올 수 있는 요소가 될 수도 있다.
따라서 어떤 프로토콜을 네트워크에 적용할 것인가 하는 것이 중요한 이슈다. 예를 들면, 현재 미디어 게이트웨이를 위해 사용되고 있는 MGCP, H.323, NCS 등의 프로토콜 등은 특정한 애플리케이션 또는 장비에 종속될 수 있어 ITU (International Telecommunication Union)와 IETF (Internet Engineering Task Force)가 공동으로 미디어 게이트웨이의 향후 발전에 대해 연구중이다. 이에 따라 향후 H.248/메가코로 통합되는 네트워크 발전의 추이를 눈여겨봐야 할 것이다.

캐리어급 시스템
현재 많은 업체들이 VoIP 솔루션을 개발하고 있거나 계획하고 있다. 그러나 VoIP 솔루션이 캐리어급의 성능과 기능을 갖기 위해서는 아직 해결해야 할 문제점이 남아 있다.
먼저 코어 네트워크의 구조와 코어 기술에 따른 QoS 보장이다. 현재 코어 기술에는 IP 또는 ATM 관련 기술이 검토되고 있지만 현재 통신업체들은 이 두 기술에 대해 확신을 갖지 못하고 있다. ATM의 경우, 트래픽 대역폭의 활용 효율 문제에 문제가 있으며, IP의 경우 QoS 보장이 문제로 지적된다. 이런 문제점을 해결하기 위해 MPLS(Multiprotocol Label Switching)를 적용한 하이브리드 네트워크 연구가 활발히 진행 중이다.

멀티미디어 서비스
현재 VoIP의 개발 수준은 초기 음성 단계에 머물러 있으며, 멀티미디어를 위한 개발이 장비 업체를 중심으로 진행되고 있다. 실제로 코어 통신 네트워크에 있어 음성이 차지하는 트래픽 비중은 10∼20% 정도에 불과하며 대부분의 트래픽이 데이터 네트워크를 중심으로 움직이고 있다.
또한 서비스 업체 입장에서도 새로운 수익 창출을 위한 유일한 선택이 바로 멀티미디어다. 현재 멀티미디어 서비스를 위해 SIP(Session Initiation Protocol)를 기반으로 한 소프트웨어 애플리케이션들이 개발중에 있다. 예를 들면, 우리가 많이 사용하고 있는 윈도 메신저, PDA를 통한 데이터 서비스, 휴대용 전화기를 활용한 모바일 멀티미디어 서비스 등이 바로 그것이다.

떠오르는 무선 VoIP 기술
와이브로(Wibro)로 대표되는 3.5세대 무선통신 시스템이 올 4월 개통을 앞두고 있다. 앞서 언급한대로 무선 네트워크에서도 IP를 이용한 올-IP 네트워크로 진화될 것이며, 이에 따라 가장 뜨거운 감자로 부상한 것이 무선 VoIP 기술이다.
무선 쪽에서 VoIP 기술은 단순히 음성통신에만 국한된 것이 아니라 이동통신 환경에서도 실시간 데이터를 IP 망을 통해 끊임없이 전송과 수신이 가능한 환경으로 만들어 주는 가장 뛰어난 킬러 애플리케이션으로 분류된다. 이에 따라 여러 국가 및 업체에서 가열찬 경쟁을 벌이고 있는 중이다.
우리나라에서도 와이브로의 상용화에 발맞춰 늦어도 오는 2008년까지 무선 VoIP 기술을 이용한 서비스를 사용할 수 있을 전망이다. 다만 여전히 적지 않은 제약조건들이 무선 VoIP 기술의 상용화를 막고 있다는 점을 명시할 필요가 있다. 음성 시스템의 운영 시에도 고품질과 자유로운 이동성이 제공될 수 있는지 등 상용화와 더불어 다양한 검토가 필요한 시점이다.

무선 VoIP 보안
기존 데이터용 무선 네트워크에서는 단말이 되는 PC에 별도의 보안인증 프로그램을 설치해 무선 구간의 인증과 암호화를 수행하는 것이 일반적이었다. 무선 VoIP의 경우, PC 등에 소프트폰을 설치해 사용하는 경우를 제외한다면, 전용 단말에서의 보안 적용 여부를 확인해야 한다. 기존 무선 IP 전화기에서는 사용자 인증 기반의 암호화를 위해 소프트웨어 업그레이드가 필요한 경우가 많을 것이다. 또 기존 인프라에서 이러한 인증과 암호화 기능을 지원하는가의 여부도 확인해 봐야 한다.
보통은 표준 기반의 WPA(Wi-Fi Protected Access)나 LEAP(Lightweight EAP)와 같은 ID/패스워드 방식의 인증과 TKIP(Temporal Key Integrity Protocol) 혹은 다이나믹 WEP(dynamic WEP, Wired Equivalent Private Protocol) 기반의 암호화를 적용하는 것이 일반적이지만, 현재 인프라가 이를 지원하는지, 제반 환경은 준비돼 있는지, 인증을 위한 데이터베이스 관리와 정책은 어떻게 할 것인지를 검토해야 한다.
또 일반적으로 간편한 사용을 위해 ID와 패스워드를 무선전화 단말기에 저장해 두는 경우가 많은데, 이 경우 단말기를 가지고 있는 사람은 누구나 이용 가능하므로 추가적인 보안대책을 마련해야 한다. 무선랜 위치추적 시스템을 사용한다면 무선 IP 전화기의 사용 위치를 항시 확인할 수 있으므로 보안이나 자산 관리 측면에서 유용하다.

QoS
QoS(Quality of Service)라고 하면 랜(LAN)보다는 대역폭이 부족한 왠(WAN) 구간에서 주로 고려됐다. 하지만 무선 통신의 경우, 대기 중의 RF(Radio Frequency) 주파수 대역폭을 공유해 사용하는 시스템이므로 적절한 통화품질 확보를 위해서는 필수적으로 통화접속제어와 음성패킷 우선전송 등 QoS 기술이 고려돼야 한다.
무선랜에서의 QoS의 경우, 현재 IEEE에서 802.11e 워킹그룹의 표준화 작업이 지난 2005년 11월에 완료됐으며, 이의 일부 스펙을 채택한 WMM(Wi-Fi MultiMedia) 표준 인증이 2004년 9월부터, 그리고 지난해 말 WMM 파워 세이브 인증이 시작됨으로써 무선랜 음성 단말기들에 대한 표준적인 기술규격이 마련됐다.
WMM을 사용하면, 무선랜 시스템에서 데이터와 비디오, 음성 등 용도에 따른 우선 순위 부여가 가능해진다. 특히 무선랜 컨트롤러 등 인프라 입장에서의 단방향 QoS 뿐만 아니라 양방향의 트래픽 제어가 가능하므로, 고품질의 호환 가능한 QoS 기준이 만들어진다는 측면에서 큰 의미가 있다.
WMM을 채택한 액세스포인트(AP)와 단말이 이용될 경우 가장 최적의 QoS 통제가 가능하지만, 만약 무선 IP 전화기에 WMM이 적용되지 않았다 하더라도, WMM을 노트북에 적용하고 나면 무선 IP 전화기의 통화품질에는 좋은 영향을 미친다.
하지만 WMM의 적용만으로 광범위한 무선랜 QoS를 구현하기는 아직 충분하지 않다. WMM은 2계층의 이더넷 정보까지만 해석하고 처리하기 때문에 라우터를 거쳐온 3계층 트래픽에 대해서는 대응이 어렵다. 앞서 언급한 QoS의 분류 기법에 있어 무선랜은 2계층의 QoS 값까지만 다루기 때문에, 만약 이런 트래픽들이 라우터를 거쳐서 통신하게 되면 QoS 값을 잃어버리게 된다. 때문에 WMM의 QoS 분류와 함께 3계층 QoS 값의 대응과 연동 또한 고려해야 한다.
무선 VoIP의 QoS에서 또 다른 중요한 요소로 CAC(Call Admission Control)가 있다. 무선 VoIP의 경우 제한된 대역폭을 공유하기 때문에, 지연을 허용하지 않는 음성 트래픽의 특성상, AP당 일정한 숫자 이상의 전화통화는 어렵다. 이미 QoS를 통해 음성 트래픽을 보장하는 것을 확인했지만, 만약 우선순위가 높은 트래픽이 끊임없이 들어온다면 결국 전체적인 성능 저하는 막을 수 없다. 1월 1일의 서울 종로에서나, 여의도 불꽃축제 현장에서 휴대폰이 걸리지 않는 것처럼 AP당 일정한 통화 이상은 허용하지 않도록 하는 것이 CAC다. 대신 이때 전화기에서는 통화중 신호를 내보낸다.
마지막으로 QoS 분야에서 전력관리 부분도 빼놓을 수 없다. 앞서 설명한 WMM 파워 세이브 규격과 같이, 휴대기기에 있어서의 전력관리 부분은 가장 중요한 요소 중 하나다. 시스코의 경우 무선랜 컨트롤러나 AP 등의 인프라에서 무선 IP 텔레포니 단말의 출력값을 최적화할 수 있으며, 불필요한 ARP 요청에 응답하지 않도록 하는 프록시 ARP(Proxy ARP, Address Resolution Protocol) 시스템을 갖추고 있다. 이런 전력관리 기술을 통해 단말기의 대기시간을 50% 이상 늘릴 수 있다.

로밍
전용 무선 VoIP 단말기의 경우, 자체적인 고속 로밍 시스템을 구현해 둔 경우가 많다. 그러나 이런 단말기 차원의 로밍 알고리즘은 보안을 적용하거나 네트워크를 넘어가는 3계층 구간에서 한계에 부딪히게 된다.
보안 시스템의 경우, 인증과 키 생성 과정 등을 거치면서 네트워크와 인증 서버 영역에서 지연이 발생하므로 지연 편차나 간헐적인 끊김 현상이 발생할 수 있다. 특히 3계층 로밍의 경우, 단말기가 일단 부여받은 IP 대역을 넘어서는 순간 더 이상 통화가 불가능해진다. 이 경우에는 전화기가 다시 IP 주소를 받은 후, 통화를 재시도해야 하므로 불편할 뿐만 아니라 통화가 단절된다.
따라서 무선 IP 텔레포니 시스템에는 반드시 3계층 로밍이 고려된 네트워크 인프라가 필수적이며, 단말기에 인증을 적용할 경우 지연을 막을 수 있는 기술이 적용돼야 한다.
무선랜 컨트롤러나 무선랜 서비스 모듈의 경우, <그림 1>과 같이 IP 기반의 터널을 AP와 컨트롤러 모듈 사이에 형성하고, 이를 통해 음성 트래픽을 전송하는 시스템을 갖추면 3계층 로밍 문제를 해결할 수 있다. 이런 방식은 단말의 위치에 관계없이 하나의 IP 주소와 네트워크를 가지고 자유롭게 이동할 수 있는 시스템을 제공함으로써 네트워크의 이동 영역에 있어 한계를 극복할 수 있다. 여기에 최근에는 이런 네트워크를 외부까지 손쉽게 확장할 수 있는 무선 메시(MESH) 네트워크 솔루션들이 등장함으로써 실내와 실외에서 끊김없이 통화 영역을 확장할 수 있다.

관리
무선 VoIP는 주로 사용하는 영역이 네트워크 회선이 도달하지 않는 영역이거나, 현장에서의 업무 환경이다. 무선 신호는 항시 적절한 신호 강도가 확보돼야 하며, 간섭의 영향은 최소화해야 한다. 또한 외부에서 사용하는 경우도 많으므로 변화하는 무선 네트워크의 환경에 항상 대응할 수 있어야 한다.
무선랜은 2.4GHz나 5GHz의 공용 주파수를 사용하므로 언제든지 외부의 간섭으로 인해 영향을 받을 가능성에 노출돼 있다. 간섭이나 신호중첩과 같은 요소들이 데이터에서는 단지 속도가 조금 느려지는 정도라면, 음성에서는 품질 저하나 잡음으로 나타나기 때문에 통화 품질을 급격히 저해하는 요소로 작용한다. 만약 적절한 신호 강도가 보장되지 않는 지역으로 멀리 떨어지게 되면 급격히 통화 품질이 떨어진다. 데이터에서는 아무런 문제가 없었던 지역이 음성통화를 시도하면 음영지역이 되는 경우도 발생할 수 있는 것이다.
이와 같이 무선 VoIP가 요구하는 높은 수준의 통화품질 달성을 위해서는 RF 관리라고 하는 요소가 필수불가결해진다. 다행히도 RF 관리는 오늘날의 여러 무선랜 업체들이 다양한 방안을 제공하고 있다. 실시간 RF 관리는 사용자가 품질에 대해 의문을 가지기 이전에 이미 인프라가 스스로 이를 수정, 개선하도록 조정할 수 있기 때문에 다이나믹한 무선랜 환경에서 사용자의 통화 품질을 항상 높은 수준으로 유지할 수 있게 해준다
VoIP를 중심으로 한 BcN으로 가는 길은 험난하다. 앞에서 열거한 많은 문제점에도 불구하고 새로운 수익모델을 찾기 위한 통신사업자들과 장비업체들의 노력은 계속해서 이어지고 있다. 따라서 국제 표준의 표준화 추진 추이를 지켜보고, 지속적인 모니터링과 적극적인 대응책을 마련해야 할 시점이 바로 지금이다.